化工原理课后习题答案

1、化工原理课后习题答案化工原理课后习题答案（夏清、陈常贵主编（夏清、陈常贵主编. .化工原理化工原理. .天津大天津大学出版社学出版社,2005.,2005.）第一章第一章流体流动流体流动2在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 / 的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为 39.23106 pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力 即 p油 螺解：p螺 = gha = 9609.81(9.6-0.8) 3.140.762

2、 150.307103 n螺 = 39.031033.140.0142n p油 螺 得 n 6.23取 n min= 7 至少需要 7 个螺钉 3某流化床反应器上装有两个 u型管压差计，如本题附 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两吹气管出口的距离 h = 1m，u 管压差计的指示液为水银，煤油的密度为 820kg。试求当压差计读数 r=68mm 时，相界面与油层的吹气管出口距离。分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中 11和 44为等压面，22和 33为等压面，且 11和 22的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程

3、组求解解：设插入油层气管的管口距油面高 h 在 11与 22截面之间p1 = p2 + 水银grp1 = p4 ，p2 = p3 且 p3 = 煤油gh ， p4 = 水g（h-h）+ 煤油g（h + h）联立这几个方程得到 水银gr = 水g（h-h）+ 煤油g（h + h）-煤油gh 即水银gr =水gh + 煤油gh -水gh 带入数据 1.0101 - 13.6100.068 = h(1.010-0.8210)= 0.418 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为水银，两管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为：12.3m，2=1.2

4、m, 3=2.5m,4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3m。大气压强a= 99.3103。试求锅炉上方水蒸气的压强。分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题应选取如图所示的 11 截面，再选取等压面，最后根据静力学基本原理列出方程，求解解：设 11 截面处的压强为1对左边的管取-等压面， 由静力学基本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数据0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4)对右边的管取-等压面，由静力学基本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据1

5、+ 1.01039.812.5-1.2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.3103解着两个方程 得0 = 3.64105pa6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强。压差计中以油和水为指示液，其密度分别为 9203 ,9983,管中油水交接面高度差 r = 300 ，两扩大室的内径 d 均为 60 ，管内径为 6 。当管路内气体压强等于大气压时，两扩大室液面平齐。分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解解：由静力学基本原则，选取 11为等压面， 对于管左边 表 + 油g(h1+r) = 1 对于

6、管右边 2 = 水gr + 油gh2 表 =水gr + 油gh2 -油g(h1+r) =水gr - 油gr +油g（h2-h1） 当表= 0 时，扩大室液面平齐 即 （d/2）2（h2-h1）= （d/2）2r h2-h1 = 3 mm 表= 2.57102pa7.列管换热气 的管束由 121 根 2.5mm 的钢管组成。空气以 9m/s 速度在列管内流动。空气在管内的平均温度为 50压强为 196103pa(表压)，当地大气压为 98.7103pa试求： 空气的质量流量； 操作条件下，空气的体积流量； 将的计算结果换算成标准状况下空气的体积流量。解：空气的体积流量 s = ua = 9/4

7、0.02 2 121 = 0.342 m3/s 质量流量 ws =s=s (mp)/(rt)= 0.34229(98.7+196)/8.315323=1.09/s 换算成标准状况 v1p1/v2p2 =t1/t2s2 = p1t2/p2t1 s1 = (294.7273)/(101323) 0.342 = 0.843 m3/s8 .高位槽内的水面高于地面 8m，水从 1084mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m。在本题特定条件下，水流经系统的能量损失可按f = 6.5 u2 计算，其中u 为水在管道的流速。试计算： aa 截面处水的流速； 水的流量，以 m3/h 计。分析：此题涉及的是流

8、体动力学，有关流体动力学主要是能量恒算问题，一般运用的是柏努力方程式。运用柏努力方程式解题的关键是找准截面和基准面，对于本题来说，合适的截面是高位槽 11,和出管口 22,如图所示，选取地面为基准面。解：设水在水管中的流速为 u ，在如图所示的 11, ，22,处列柏努力方程z1 + 0 + 1/= z2+ 22 + 2/ + f （z1 - z2）g = u2/2 + 6.5u2 代入数据 (8-2)9.81 = 7u2 , u = 2.9m/s换算成体积流量 vs = ua= 2.9 /4 0.12 3600 = 82 m3/h 9. 20 水以 2.5m/s 的流速流经 382.5mm

9、的水平管，此管以锥形管和另一 533m的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧 a 、b 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压强。若水流经 a b 两截面的能量损失为 1.5j/，求两玻璃管的水面差（以计） ，并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。分析:根据水流过 a、b 两截面的体积流量相同和此两截面处的伯努利方程列等式求解解：设水流经两截面处的流速分别为 ua、 ub uaaa = ubab ub = （aa/ab ）ua = （33/47）22.5 = 1.23m/s在两截面处列柏努力方程z1 + 122 + 1/ = z2+ 222 + 2/ + f z1 = z2 （1-2）

10、/ = f +（12-22）2 g（h1-h 2）= 1.5 + (1.232-2.52) /2 h1-h 2 = 0.0882 m = 88.2 mm即 两玻璃管的水面差为 88.2mm10.用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为 762.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.6610pa,水流经吸入管与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按f,1=2u，hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流速/s。排水管与喷头连接处的压强为98.0710pa（表压） 。试求泵的有效功率。分析：此题考

11、察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。解：总能量损失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+p0/=z1g+u2/2+p1/+hf，1（ p0-p1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=ua=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+p1/+we=z2g+u2/2+p2/+hf，2 we= z2g+u2/2+p2/+hf，2（ z1g+u2/2+p1/） =

12、12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102=285.97j/kg ne= wews=285.977.9=2.26kw11.本题附图所示的贮槽内径 d 为 2，槽底与内径d0为 33mm 的钢管相连，槽内无液体补充，其液面高度 h0为 2m（以管子中心线为基准） 。液体在本题管内流动时的全部能量损失可按hf=20u公式来计算，式中 u 为液体在管内的流速 ms。试求当槽内液面下降 1m 所需的时间。分析：此题看似一个普通的解柏努力方程的题，分析题中槽内无液体补充，则管内流速并不是一个定值而是一个关于液面高度的函数，抓住槽内和管内的体积流量相等列出一个微分方程，积分求解。

13、解：在槽面处和出口管处取截面 1-1，2-2 列柏努力方程 h1g=u2/2+hf =u2/2+20u2 u=(0.48h)1/2=0.7h1/2 槽面下降 dh，管内流出 ua2dt 的液体 adh=ua2dt=0.7h1/2a2dtdt=a1dh/（a20.7h1/2） 对上式积分：t=1.h13. 用压缩空气将密度为 1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为603.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失为f，ab=f，cd=u2，f，bc=1.18u2。两压差计中的指示液均为水银。试求当 r1=45mm，h=200mm 时：（1）压缩空气的压强

14、 p1为若干？（2）u 管差压计读数 r2为多少？解：对上下两槽取截面列柏努力方程0+0+p1/=zg+0+p2/+fp1= zg+0+p2 +f =109.811100+1100（2u2+1.18u2） =107.9110+3498u在压强管的 b，c 处去取截面，由流体静力学方程得 pb+g（x+r1）=pc +g（hbc+x）+水银r1g pb+11009.81（0.045+x）=pc +11009.81（5+x）+13.6109.810.045pb-pc=5.95104pa在 b，c 处取截面列柏努力方程 0+ub/2+pb/=zg+uc2/2+pc/+f，bc 管径不变，ub=u c

15、pb-pc=（zg+f，bc）=1100（1.18u2+59.81）=5.95104pau=4.27m/s压缩槽内表压 p1=1.23105pa（2）在 b，d 处取截面作柏努力方程0+u2/2+pb/= zg+0+0+f，bc+f，cdpb=（79.81+1.18u2+u2-0.5u2）1100=8.35104papb-gh=水银r2g8.35104-11009.810.2=13.6109.81r2r2=609.7mm15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 u 管压差计，以测量两截面的压强差。当水的流量为10800kg/h 时，u 管压差计读数 r 为 100mm，

16、粗细管的直径分别为 603.5mm 与 453.5mm。计算：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失。 （2）与该能量损失相当的压强降为若干 pa？解：（1）先计算 a，b 两处的流速： ua=ws/sa=295m/s，ub= ws/sb在 a，b 截面处作柏努力方程：zag+ua2/2+pa/=zbg+ub2/2+pb/+hf1kg 水流经 a，b 的能量损失：hf= （ua2-ub2）/2+（pa- pb）/=（ua2-ub2）/2+gr/=4.41j/kg （2）.压强降与能量损失之间满足： hf=p/ p=hf=4.4110 16. 密度为 850kg/m，粘度为 810-3pas 的

17、液体在内径为 14mm 的钢管内流动，溶液的流速为 1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 14710pa，液体流经多长的管子其压强才下降到 127.510pa？ 解：（1）re =du/=（1410-31850）/（810-3）=1.4910 2000 此流体属于滞流型（2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足 y2 = -2p（u-um） 当=0 时 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8 当=平均=0.5max= 0.5m/s 时, y2= - 2p（0.

18、5-1）= d2/8 =0.125 d2 即 与管轴的距离 r=4.9510-3m (3)在 147103和 127.5103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + pa/ + z1g = u 22/2 + pb/+ z2g + f u 1 = u 2 , z1 = z2 pa/= pb/+ f损失能量f=（pa- pb）/=（147103-127.5103）/850 =22.94流体属于滞流型摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/ re又 f=（/d）0.5 u 2 =14.95m输送管为水平管，管长即为管子的当量长度即：管长为 14.95m19. 内截面为 1000mm1200mm 的矩形

19、烟囱的高度为 30 a1m。平均分子量为 30kg/kmol，平均温度为 400的烟道气自下而上流动。烟囱下端维持 49pa 的真空度。在烟囱高度范围内大气的密度可视为定值，大气温度为 20，地面处的大气压强为 101.3310pa。流体经烟囱时的摩擦系数可取为 0.05，试求烟道气的流量为若干 kg/h？解：烟囱的水力半径 r= a/= (11.2)/2(1+1.2)=0.273m 当量直径 de= 4r=1.109m 流体流经烟囱损失的能量 f=（/ de）u2/2 =0.05(30/1.109)u2/2 =0.687 u2 空气的密度 空气= pm/rt = 1.21kg/m3 烟囱的上

20、表面压强 (表压) p上=-空气gh = 1.219.8130 =-355.02 pa烟囱的下表面压强 (表压) p下=-49 pa烟囱内的平均压强 p= (p上+ p下)/2 + p0 = 101128 pa由 = pm/rt 可以得到烟囱气体的密度 = （3010-3101128）/（8.314673） = 0.5422 kg/m3在烟囱上下表面列伯努利方程 p上/= p下/+ zg+f f= (p上- p下)/ zg =(-49+355.02)/0.5422 309.81 = 268.25 = 0.687 u2流体流速 u = 19.76 m/s质量流量 s= ua= 19.7611.2

21、0.5422 = 4.63104 kg/h20. 每小时将 210kg 的溶液用泵从反应器输送到高位槽。反应器液面上方保持 26.710pa 的真空读，高位槽液面上方为大气压强。管道为的钢管，总长为 50m，管线上有两个全开的闸阀，一个孔板流量计（局部阻力系数为 4） ，5 个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为 15m 。若泵效率为0.7，求泵的轴功率。解： 流体的质量流速 s = 2104/3600 = 5.56 kg/s 流速 u =s/(a)=1.43m/s 雷偌准数 re=du/= 165199 4000 查本书附图 1-29 得 5 个标准弯头的当量长度: 52.1=10.5m

22、 2 个全开阀的当量长度: 20.45 = 0.9m 局部阻力当量长度 e=10.5 + 0.9 = 11.4m 假定 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 = 2 lg(68/0.3) + 1.14 = 0.029 检验 d/(re1/2) = 0.008 0.005 符合假定即 =0.029 全流程阻力损失 =(+ e)/d u2/2 + u2/2 = 0.029(50+11.4)/(68103) + 41.432/2 = 30.863 j/kg 在反应槽和高位槽液面列伯努利方程得 p1/+ we = zg + p2/+ we = zg + (p1- p2)/+ = 159.81 +

23、 26.7103/1073 + 30.863 = 202.9 j/kg有效功率 ne = wes = 202.95.56 = 1.128103 轴功率 n = ne/=1.128103/0.7 = 1.61103w = 1.61kw 21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为3600m/h，其物理性质与 50的空气基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 u 管压差计，起读数为 30mm。输气管与放空管的内径均为 250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为 50m，放空机与鼓风机进

24、口的垂直距离为 20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为 1.9610pa。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm，大气压强为101.3310。求鼓风机的有效功率。解：查表得该气体的有关物性常数 =1.093 , =1.9610-5pas气体流速 u = 3600/(36004/0.252) = 20.38 m/s质量流量 s = uas = 20.384/0.2521.093 =1.093 kg/s流体流动的雷偌准数 re = du/= 2.84105 为湍流型所有当量长度之和 总=+e =50m 取 0.15 时 /d = 0.15/250= 0.0006 查表得 =0.0189所有能量损失

25、包括出口,入口和管道能量损失 即: = 0.5u2/2 + 1u2/2 + (0.018950/0.25) u2/2 =1100.66 在 1-12-2 两截面处列伯努利方程 u2/2 + p1/+ we = zg + u2/2 + p2/ + we = zg + (p2- p1)/+而 1-12-2 两截面处的压强差 p2- p1 = p2-水gh = 1.96103 - 1039.8131103 = 1665.7 pa we = 2820.83 w/kg 泵的有效功率 ne = wes= 3083.2w = 3.08 kw 22. 如本题附图所示， ，贮水槽水位维持不变。槽底与内径为 10

26、0mm 的钢质放水管相连，管路上装有一个闸阀，距管路入口端 15m 处安有以水银为指示液的 u 管差压计，其一臂与管道相连，另一臂通大气。压差计连接管内充满了水，测压点与管路出口端之间的长度为20m。 （1）.当闸阀关闭时，测得 r=600mm，h=1500mm；当闸阀部分开启时，测的r=400mm，h=1400mm。摩擦系数可取 0.025，管路入口处的局部阻力系数为 0.5。问每小时从管中水流出若干立方米。 （2）.当闸阀全开时，u 管压差计测压处的静压强为若干（pa，表压） 。闸阀全开时le/d15，摩擦系数仍取 0.025。解: 根据流体静力学基本方程, 设槽面到管道的高度为 x 水g

27、(h+x)= 水银gr 103(1.5+x) = 13.61030.6 x = 6.6m 部分开启时截面处的压强 p1 =水银gr -水gh = 39.63103pa 在槽面处和 1-1 截面处列伯努利方程 zg + 0 + 0 = 0 + u2/2 + p1/ + 而= (+e)/d + u2/2 = 2.125 u2 6.69.81 = u2/2 + 39.63 + 2.125 u2 u = 3.09/s 体积流量 s= ua= 3.09/4(0.1)23600 = 87.41m3/h 闸阀全开时 取 2-2,3-3 截面列伯努利方程 zg = u2/2 + 0.5u2/2 + 0.025

28、(15 +/d)u2/2 u = 3.47m/s 取 1-13-3 截面列伯努利方程 p1/ = u2/2 + 0.025(15+/d)u2/2 p1 = 3.7104pa25. 在两座尺寸相同的吸收塔内，各填充不同的填料，并以相同的管路并联组合。每条支管上均装有闸阀，两支路的管长均为 5m（均包括除了闸阀以外的管件局部阻力的当量长度） ，管内径为 200mm。通过田料层的能量损失可分别折算为 5u1与 4u2，式中 u 为 气体在管内的流速 m/s ，气体在支管内流动的摩擦系数为 0.02。管路的气体总流量为 0.3m/s。试求：（1）两阀全开时，两塔的通气量；（2）附图中 ab的能量损失。

29、分析：并联两管路的能量损失相等，且各等于管路 总的能量损失,各个管路的能量损失由两部分组成，一是气体在支管内流动产生的，而另一部分是气体通过填料层所产生的，即f=(e/d) u2/2f 填 而且并联管路气体总流量为个支路之和, 即 vs= vs1 + vs2 解：两阀全开时，两塔的通气量由本书附图查得 d=200mm 时阀线的当量长度 e=150m f1=(1e1/d) u12/2 + 5 u12 =0.02(50+150)/0.2 u12/2 + 5 u12 f2=(2e2/d) u22/2 + 4 u12 = 0.02(50+150)/0.2 u22/2 + 4 u12 f1=f2 u12

30、/ u22=11.75/12.75 即 u1 = 0.96u2 又vs= vs1 + vs2 = u1a1+ u2a2 , a1 = a2 =(0.2)2/4=0.01= (0.96u2+ u2) 0.01 = 0.3 u2=4.875m/s u1a=4.68 m/s 即 两塔的通气量分别为 vs1 =0.147 m3/s, vs12=0.153 m3/s 总的能量损失 f=f1=f2 =0.02155/0.2 u12/2 + 5 u12 = 12.5 u12 = 279.25 j/kg 26. 用离心泵将 20水经总管分别送至a，b 容器内，总管流量为 89m/h，总管直径为1275mm。原

31、出口压强为1.93105pa，容器 b 内水面上方表压为1kgf/cm，总管的流动阻力可忽略，各设备间的相对位置如本题附图所示。试求：（1）离心泵的有效压头 h e；（2）两支管的压头损失 hf，o-a ，hf，o-b，。解：（1）离心泵的有效压头总管流速 u = vs/a 而 a = 3600/4(117)210-6 u = 2.3m/s在原水槽处与压强计管口处去截面列伯努利方程 z0g + we = u2/2 + p0/+f 总管流动阻力不计f=0 we = u2/2 + p0/-z0g =2.32/2 +1.93105/998.2 -29.81 =176.38j/kg 有效压头 he =

32、 we/g = 17.98m 两支管的压头损失在贮水槽和 表面分别列伯努利方程 z0g + we = z1g + p1/+ f1 z0g + we = z2g + p2/+ f2 得到两支管的能量损失分别为f1= z0g + we (z1g + p1/) = 29.81 + 176.38 (169.81 + 0) =39.04j/kgf2=z0g + we - (z2g + p2/) =29.81 + 176.38 (89.81 + 101.33103/998.2) =16.0 j/kg压头损失 hf1 = f1/g = 3.98 m hf2 = f2/g = 1.63m28本题附图所示为一输

33、水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从 bc 与 bd 两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为 11m，ab 段内径为38mm，长为 58m；bc 支管内径为 32mm，长为12.5m；bd 支管的内径为 26mm，长为 14m，各段管长均包括管件及阀门全开时的当量长度。ab 与 bc 管的摩擦系数为 0.03。试计算：(1)当 bd 支管的阀门关闭时，bc 支管的最大排水量为若干 m/h？(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干 m/h？bd 支管的管壁绝对粗糙度为0.15mm，水的密度为 1000kg/m，粘度为 0.001pas。分析：当 bd 支管的阀门关闭时，bc 管的

34、流量就是 ab 总管的流量；当所有的阀门全开时，ab 总管的流量应为 bc，bd 两管流量之和。而在高位槽内，水流速度可以认为忽略不计。解:（1）bd 支管的阀门关闭 vs,ab = vs,bc 即 u0a0 = u1a1 u0382/4 = u1322/4 u0 = 0.71u1 分别在槽面与 c-c,b-b 截面处列出伯努利方程 0 + 0 + z0g = u12/2 + 0 + 0 + f,ac0 + 0 + z1g = u02/2 + 0 + 0 + f,ab而f,ac = (ab/d0 )u02/2 + (bc/d1)u12/2 = o.03(58000/38) u02/2 + 0.

35、03(12500/32)u12/2 = 22.89 u02 + 5.86 u12 f,ab = (ab/d0)u02/2 = o.03(58000/38)u02/2= 22.89 u02u1 = 2.46m/s bc 支管的排水量 vs,bc = u1a1 = 7.1m3/s 所有的阀门全开 vs,ab = vs,bc + vs,bd u0a0 = u1a1 + u2a2 u0382/4 = u1322/4 + u2262/4 u0382 = u1322 + u2262 假设在 bd 段满足 1/1/2=2 lg(d /) +1.14 d = 0.0317 同理在槽面与 c-c,d-d 截面处

36、列出伯努利方程 z0g = u12/2 + f,ac = u12/2 +(ab/d0 )u02/2 + (bc/d1)u12/2 z0g = u22/2 + f,ad = u22/2 +(ab/d0 )u02/2 +d(bd/d2)u22/2 联立求解得到 u1 = 1.776 m/s, u2 = 1.49 m/s核算 re = du/ = 2610-31.49103/0.001 = 38.74103 (d/)/re1/2 = 0.025 0.005假设成立即 d,c 两点的流速 u1 = 1.776 m/s , u2 = 1.49 m/s bc 段和 bd 的流量分别为 vs,bc = 32

37、10(/4)36001.776 = 5.14 m3/s vs,bd = 2610(/4)36001.49 = 2.58 m3/s 29. 在 382.5mm 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为 16.4mm，管中流动的是20的苯，采用角接取压法用 u 管压差计测量孔板两测的压强差，以水银为指示液，策压连接管中充满甲苯。测得 u 管压差计的读数为 600mm，试计算管中甲苯的流量为若干 kg/h？解：查本书附表 20时甲苯的密度和粘度分别为 = 867 kg/m3,= 0.67510-3假设 re = 8.67104 当 a0/a1 = (16.4/33) = 0.245 时,查孔板流量计

38、的 c0与 re, a0/a1 的关系得到 c0 = 0.63体积流量 vs = c0a02gr(a-)/ 1/2 = 0.63/4 16.4210-6 29.810.6(13.6-0.867)/0.8671/2=1.7510-3 m3/s流速 u = vs /a = 2.05 m/s核算雷偌准数 re = du/ = 8.67104 与假设基本相符 甲苯的质量流量 s = vs=1.7510-38673600 = 5426 kg/h 第二章第二章 流体输送机械流体输送机械2. 用离心泵以 40m/h 的流量将贮水池中 65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落入凉水池中，以达到冷却的目的，已

39、知水进入喷头之前需要维持 49kpa 的表压强，喷头入口较贮水池水面高 6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为 1m 和 3m，管路中的动压头可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按 101.33kpa 计。解：输送的是清水 选用 b 型泵 查 65时水的密度 = 980.5 kg/m 3 在水池面和喷头处列伯努利方程u12/2g + p1/g + = u12/2g + p2/g + f + z取 u1 = u2 = 0 则 = (p2- p1)/g + f + z = 49103/980.59.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m q = 40 m 3/h由

40、图 2-27 得可以选用 3b19a 2900 465时清水的饱和蒸汽压 pv = 2.544104pa当地大气压 a = p/g = 101.33103 /998.29.81 = 10.35 m查附表二十三 3b19a 的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/h为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的 s 即 s = 4.5m输送 65水的真空度 s = s +(a-10)-( pv/9.81103 0.24)1000/ =2.5m允许吸上高度 hg = s - u12/2g -f,0-1 = 2.5 1 = 1.5m即 安装高度应低于 1.5m4 . 用例 2-2 附图所示的管路系

41、统测定离心泵的气蚀性能参数，则需在泵的吸入管路中安装调节阀门。适当调节泵的吸入和排出管路上两阀门的开度，可使吸入管阻力增大而流量保持不变。若离心泵的吸入管直径为 100mm，排出管直径为 50mm，孔板流量计孔口直径为35mm，测的流量计压差计读数为 0.85mhg 吸入口真空表读数为 550mmhg 时，离心泵恰发生气蚀现象。试求该流量下泵的允许气蚀余量和吸上真空度。已知水温为 20，当地大气压为 760mmhg。解: 确定流速 a0 /a2 = (d0/d2)2 = (35/50)2 = 0.49 查 20时水的有关物性常数 = 998.2kg/m3 , = 100.510-5 ,pv =

42、 2.3346 kpa 假设 c0 在常数区查图 1-33 得 c0 = 0.694 则 u0 = c0 2r(a-)g/1/2 = 10.07m/s u2 = 0.49u0 = 4.93 m/s 核算: re = d2u2/=2.46105 2105 假设成立 u1= u2(d2 / d1)2 = 1.23 m/s 允许气蚀余量 h = (p1- p2)/g + u12/2g p1 = pa - p真空度 = 28.02 kpah = (28.02-2.3346)103/998.29.81 = 2.7 m 允许吸上高度 hg =(pa- pv)/g - h-f 离心泵离槽面道路很短 可以看作

43、f = 0 hg =(pa- pv)/g - h =(101.4 2.3346)103/(998.29.81) 2.7 =7.42 m7. 用两台离心泵从水池向高位槽送水，单台泵的特性曲线方程为 h=251106q 管路特性曲线方程可近似表示为 h=10+1106q 两式中 q 的单位为 m/s，h 的单位为 m。 试问两泵如何组合才能使输液量最大？（输水过程为定态流动）分析：两台泵有串联和并联两种组合方法 串联时单台泵的送水量即为管路中的总量，泵的压头为单台泵的两倍；并联时泵的压头即为单台泵的压头，单台送水量为管路总送水量的一半解：串联 he = 2h 10 + 1105qe2 = 2(25

44、-1106q2) qe= 0.43610-2m2/s并联 q = qe/2 25-1106 qe2 = 10 + 1105( qe/2)2 qe = 0.38310-2m2/s 总送水量 qe= 2 qe= 0.76510-2m2/s 并联组合输送量大第三章第三章 机械分离和固体流态化机械分离和固体流态化2. 密度为 2650kg/m的球型石英颗粒在 20空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。解：（1）服从斯托克斯公式查有关数据手册得到 20时空气的密度 = 1.205 kg/m3 ， 粘度 =1.8110-5 pas要使颗粒服从斯托克斯公式 ，必须满

45、足 re 1 即 re = dut/ 1 ， 而 ut = d2（s- ）g/18由此可以得到 d3 18 u2/（s- ）g最大颗粒直径 dmin = 18 u2/（s- ）g1/3 = 18（1.8110-5）2/（2650-1.205）9.811.2051/3 = 0.57310-4m = 57.3m 要使颗粒服从牛顿公式 ，必须满足 10 3 re 210 3即 10 3 re = dut/ 210 3 ，而 ut = 1.74d（s- ）g/ 由此可以得到 d3 1062/1.742（s-）g 最小直径 dmin = 0.001512 m = 1512 m3. 在底面积为 40m的除

46、尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为 3600m/h，固体的密度 s=3600kg/m，操作条件下气体的密度 =1.06kg/m，粘度为 3.410-5pas。试求理论上完全除去的最小颗粒直径。解：根据生产能力计算出沉降速度 ut = vs/b= 3600/40 m/h = 0.025m/s 假设气体流处在滞流区则可以按 ut = d2（s- ）g/18 进行计算 d2 = 18/（s- ）g ut 可以得到 d = 0.17510-4 m核算 re = dut/ 1 ， 符合假设的滞流区能完全除去的颗粒的最小直径 d = 0.17510-4 m = 17.5 m4. 一多层降尘室除

47、去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为 8m，密度为 4000kg/m。除尘室长4.1m，宽 1.8m，高 4.2m，气体温度为 427，粘度为 3.4pas，密度为 0.5kg/m。若每小时的炉气量为 2160 标准 m，试确定降尘室内隔板的间距及层数。解：假设沉降在滞流区 ，按 ut = d2（s- ）g/18 计算其沉降速度 ut = (810-6)2(4000-0.5)9.8/(183.410-5) = 4110-4m/s 核算 re = dut/ 1 ， 符合假设的滞流区 把标准生产能力换算成 47时的生产能力 vs = v (273 + 427)/273 = 5538.46m3/h 由 v

48、s = blut（n-1）得 n = vs / blut-1 = 5538.46/（4.11.84110-43600） - 1 =50.814 1 = 49.8 取 n = 50 层 ， 板间距 h = h/（n + 1）= 4.2/51 = 0.0824m = 82.4 mm 5. 含尘气体中尘粒的密度为 2300kg/m，气体流量为 1000m/h，粘度为 3.610-5pas 密度为 0.674kg/m，采用如图 3-8 所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。解：(1) 临界直径选用标准旋风分离器 ne = 5 ，= 8.0 b

49、= d/4 ，h = d/2 由 vs = bhui 得 bh = d/4 d/2 = vs /ui ui = 8 vs /d2 根据 dc = 9b/(nesui )1/2 计算颗粒的临界直径 dc = 93.6100.250.4/(3.145230013.889)1/2 = 8.0410-6 m = 8.04 m （2）分割粒径 根据 d50 = 0.27d/ut（s- ）1/2 计算颗粒的分割粒径 d50 = 0.273.610-50.4/(13.8892300)1/2 = 0.0057310-3m = 5.73m （3）压强降根据 p = ui2/2 计算压强降 p = 8.00.67

50、413.8892/2 = 520 pa10.用一台 bms50/810-25 型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为 0.139，固相密度为 2200kg/m3，液相为水。每 1m滤饼中含 500kg 水，其余全为固相。已知操作条件下的过滤常数 k=2.7210-5m/s，q=3.4510m3/m2。滤框尺寸为 810mm810mm25mm,共 38 个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积：（2）过滤完毕用 0.8m 清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。解：（1）滤框内全部充满滤渣滤饼表面积 a = （0.81）2238 = 49.86

51、 m2 滤框容积 v总 = （0.81）20.02538 = 0.6233 m3 已知 1m3 的滤饼中 含水：500/1000 = 0.5 m3 含固体： 1 0.5 = 0.5 m3 固体质量 ：0.52200 = 1100 kg设产生 1m3 的滤饼可以得到 m0 ，kg（v0 ，m3）的滤液，则 0.139 = 1100/（1100 + 50 + m） m0 = 6313 kg 滤液的密度按水的密度考虑v0 = 0.314 m3 形成 0.6233 m3 的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积 v =6.3140.6233 = 3.935 m3则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = v/a

52、 = 3.935/49.86 = 0.07892 m3 /m2qe2 = ke e = qe2 / k = （3.4510-3）2 / 2.7210-5 = 0.4376 由（q + qe）2 = k（+e）得所需的过滤时间为 = （q + qe）2 / k - e = （0.07892 + 0.00345）2/2.7210-5 - 0.4376=249 s 洗涤时间ve = qea = 3.4510-349.86 = 0.172 由 （dv/ d）ww= ka2 /8（+e）得洗涤速率 = 2.7210-5（49.86）2/ 8（3.935 + 0.172）= 20510-5洗涤时间为：0.

53、8/20510-5 = 388s12.在 3105pa 的压强差下对钛白粉在水中的悬浮液进行实验，测的过滤常数 k=510-5m/s，q=0.01m3/m2，又测得饼体积之比 v=0.08。现拟用有 38 个框的 bmy50/810-25 型板框压滤机处理此料浆，过滤推动力及所用滤布也与实验用的相同。试求：（1）过滤至框内全部充满滤渣所需的时间；（2）过滤完毕以相当与滤液量 1/10 的清水进行洗涤，求洗涤时间；（3）若每次卸渣重装等全部辅助操作共需 15min，求每台过滤机的生产能力（以每小时平均可得多少 m3滤饼计） 。解：（1）框内全部充满滤渣滤饼表面积 a =（0.81）2238 =

54、49.86 m2 滤框容积 v总 =（0.81）20.02538 = 0.6233 m3 总共得到滤液体积 v = v总/= 0.6233/0.08 = 7.79 m3则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = v/a = 7.79/49.86 = 0.156虚拟过滤时间 e = qe2 / k = （0.01）2 / 510-5 = 2 s由（q + qe）2 = k（+e）得所需的过滤时间为 = （q + qe）2 / k - e = （0.156 + 0.01）2/ 510-5 - 2= 551 s 洗涤时间ve = qea = 0.0149.86 = 0.4986 由 （dv/ d）ww=

55、 ka2 /8（+e）得洗涤速率 = 510-5（49.86）2/ 8（7.79 + 0.4986）= 187.4610-5清水体积 ：7.79/10 = 0.779洗涤时间 ：0.779/187.4610-5 = 416s 生产总时间 t = 551 + 416 + 1560 = 1867 s 生产能力 q = 3600 v总 / t = 36000.6233/ 1867 = 1.202 m3/h13.某悬浮液中固相质量分率为 9.3%，固相密度为 3000kg/m3，液相为水。在一小型压滤机中测得此悬浮液的物料特性常数 k=1.110-4m2（satm） ，滤饼的空隙率为 40%。现采用一

56、台 gp5-1.75 型转筒真空过滤机进行生产（此过滤机的转鼓直径为 1.75m，长度为 0.98m，过滤面积为 5m2，浸没角度为 120） ，转速为 0.5r/min，操作真空度为 80.0kpa。已知滤饼不可压缩，过滤介质可以忽略。试求此过滤机的生产能力及滤饼厚度。解：形成的 1m 的滤饼中含液相： 0.4 m3 固相： 0.6 m3设产生 1m3 的滤饼可以得到 m0 ，kg（v0 ，m3）的滤液，则 0.093 = 0.63000/（0.63000 + 0.4103 + m0 ） m0 = 17154.84 kg 滤液的密度按水的密度考虑v0 = 17.155 m3 由 k = 2k

57、p 得过滤常数 k = 21.110-480.1/101.5 = 17.3610-5过滤机每转一周的过滤时间 = 60/n = 60120/0.5360 = 40 s介质阻力忽略 ve = 0 ，e = 0转筒每转一周所的滤液体积 v液 = （ka2）1/2 = （17.365240）1/2= 0.4167 m3 生产能力 q = nv = 0.5600.4167 = 12.51 m3/ h 每转一周所得的滤饼的体积 v饼 = 0.4167/17.155 = 0.02429 m3 滤饼的厚度 = v饼 /a = 0.02429/5 = 0.00486 m = 4.86 mm第四章第四章 传热传

58、热1. 平壁炉的炉壁由三种材料组成，其厚度导热系数列于本题附表中： 若耐火砖层内表面的温度 t1为 1150，钢板外表面温度 t4为 30，又测得通过炉臂的热损失为300w/m2，试计算导热的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因和计算附加热阻。 序 号 材料 厚度，mm 导热系数，w/（m） 1（内层） 耐火砖 200 1.07 2 绝缘砖 100 0.14 3 钢 6 45解：提取表中所给出的数据 耐火砖 ：b1 = 0.2 m ，1= 1.07w/（m） 绝缘层 ： b2 = 0.1 m ，2= 0.14 w/（m） 钢 ： b3 = 0.006 m ，3= 45 w/（m）根

59、据多层平壁热传导速率公式q = (t1-tn)/(bi/si) 和 q = q/s得 q = (t1-tn)/(bi/i) = 1242 w/m3这与实际册得的热损失 q = 300w/m 有一定的差距，因此有可能存在一部分附加热阻，设此附加热阻为 rq = (t1-tn)/(bi/si) + r = 300r = 2.83 m/w3.直径为 603m 的钢管用 30mm 厚的软木包扎，其外又用 100mm 的保温灰包扎，以作为绝热层。现测的钢管外壁面温度为-110，绝缘采纳感外表温度 10。已知软木和保温灰的导热系数分别为 0.043 和 0.07 w/（m） 。试求每米长的冷量损失。解：钢

60、管的温度比绝热层低，此管为一传冷管 根据多层圆筒壁热传导速率公式 q = (t1-tn)/(bi/si) t1 = -110 ， tn = t3 = 10 b1 = 0.03 m ，b2 = 0.1 m = 0.043 w/（m） ，= 0.07 w/（m） q = -25 w6. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为 15，40，油的进出口温度分别为 150和 100。现生产任务要求油的出口温度降至 80，假设油和水的流量，进出口温度及物性不变，若换热器的管长为 1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。解：根据题意列出关系式： 热流体（油）：t1=